成縣黃渚礦區(qū)尾礦庫(kù)潰壩土壤污染評(píng)價(jià)

謝曉華

（甘肅省農(nóng)業(yè)工程規(guī)劃院，甘肅 蘭州 730046）

成縣位于甘肅省東南部，為南北過渡性暖溫帶半濕潤(rùn)氣候區(qū)，地處中國(guó)第二大鉛鋅礦—西成鉛鋅礦帶的腹地，境內(nèi)礦產(chǎn)資源豐富、儲(chǔ)藏量大，為甘肅省主要鉛鋅礦之一。隨著鉛鋅礦開發(fā)規(guī)模的不斷加大，采礦后產(chǎn)出的尾礦數(shù)量也隨之增加，據(jù)統(tǒng)計(jì)，成縣黃渚4個(gè)鉛鋅選礦企業(yè)年產(chǎn)尾礦量達(dá)126.5×104t，尾礦中含有多種有毒、有害元素，尤其是重金屬污染已成為破壞礦區(qū)及周邊地區(qū)土壤環(huán)境質(zhì)量的主要因素，間接或直接的對(duì)當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境造成了負(fù)面影響。為了加強(qiáng)成縣礦區(qū)生態(tài)環(huán)境保護(hù)和管理綜合能力，我們選擇了黃渚礦區(qū)的水泉鉛鋅選礦廠、百昌有限責(zé)任公司選礦廠、官店扶貧福利鉛鋅聯(lián)營(yíng)選礦廠、潤(rùn)鋒工貿(mào)有限公司選礦廠4個(gè)尾礦庫(kù)為調(diào)查對(duì)象，分析了尾礦庫(kù)土壤和礦尾渣中Pb、As、Zn、Cu等重金屬含量，評(píng)價(jià)了土壤總體污染程度，以期為研究區(qū)農(nóng)業(yè)環(huán)境污染治理和保護(hù)提供依據(jù)。

1 抽樣、檢測(cè)與評(píng)價(jià)方法

1.1 樣品采集

依據(jù)《農(nóng)田土壤環(huán)境質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》（NY/T395-2000），于2010年4月對(duì)成縣黃渚4個(gè)鉛鋅選礦企業(yè)2個(gè)尾礦庫(kù)因潰壩引起的污染土壤和2個(gè)礦渣堆放造成的污染土壤進(jìn)行了土樣采集。每個(gè)采樣點(diǎn)分為0～20 cm、20～50 cm兩層，采集土壤樣品，并采集礦尾渣樣品1個(gè)。土樣采集時(shí)避免使用金屬器具操作，剔除樣品中的植物殘留體、礫石、侵入物和新生體，混勻后現(xiàn)場(chǎng)采用四分法留約1 kg左右的樣品裝入密封的塑料袋，標(biāo)簽注明采樣點(diǎn)和采樣深度，帶回實(shí)驗(yàn)室放在陰涼、干燥、通風(fēng)、無灰塵污染的室內(nèi)，自然風(fēng)干后磨碎、過篩供實(shí)驗(yàn)室測(cè)定。

1.2 分析項(xiàng)目及方法

土壤樣品和礦尾渣的分析項(xiàng)目包括Pb、Zn、Cu、As等4種重金屬元素。樣品分析采用GB15618-1995推薦的方法，Pb、Zn、Cu元素土樣經(jīng)鹽酸-硝酸-氫氟酸-高氯酸消解后，采用原子吸收分光光度法測(cè)定；As元素土樣經(jīng)硫酸-硝酸-高氯酸消解后，采用二乙基二硫代氨基酸銀光光度法測(cè)定。整個(gè)分析過程按規(guī)范要求采取了嚴(yán)密的質(zhì)量控制措施，以保證測(cè)試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確可靠性。樣品分析測(cè)試由甘肅省天水市環(huán)境監(jiān)測(cè)站完成。

1.3 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

以國(guó)家土壤環(huán)境質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（GB15618-1995）作為判定和評(píng)價(jià)土壤重金屬污染的限量標(biāo)準(zhǔn)（表1）［1］。同時(shí)以土壤環(huán)境背景值為標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)的參考。甘肅省和成縣的土壤環(huán)境背景值見表2［2］。

表1 土壤環(huán)境質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)①

1.4 評(píng)價(jià)方法

1.4.1 單項(xiàng)污染指數(shù)法 指某污染物質(zhì)濃度與該物質(zhì)環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的比值，稱某污染物的污染指數(shù)［3～5］。其計(jì)算公式為

Pij=Cij/Sij

Pij為j點(diǎn)土壤污染物i的污染指數(shù)；C ij為j點(diǎn)土壤i污染物的實(shí)測(cè)值，用mg/kg表示；Sij為j點(diǎn)土壤污染物i的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，用mg/kg表示。當(dāng)污染指數(shù)≤1時(shí)，表示未污染；當(dāng)污染指數(shù)＞1時(shí)，表示污染超標(biāo)，且數(shù)值越大，污染越重。即

Pij≤1，表示未污染；

Pij＞1，表示污染超標(biāo)。

1.4.2 綜合污染指數(shù)法 由于單項(xiàng)污染指數(shù)法只能反應(yīng)各個(gè)污染物的污染程度，不能綜合、全面地反應(yīng)污染狀況；采用綜合污染指數(shù)法可兼顧單因子污染指數(shù)的平均值和最高值，突出污染較重的污染物的作用。其計(jì)算公式為

式中P為第j個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的質(zhì)量綜合指數(shù)，Pijmax為第j個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn) i污染物所有單項(xiàng)污染指數(shù)中的最大值；Pijave為第j個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)i污染物所有單項(xiàng)污染指數(shù)的平均值。土壤污染分級(jí)指標(biāo)根據(jù)汪雅各（1991）所劃的5個(gè)污染等級(jí)進(jìn)行評(píng)估（表3）。

2 結(jié)果與分析

2.1 重金屬含量

分析結(jié)果（表4）表明，潰壩土壤0～20、20～50 cm土層中重金屬Pb元素含量分別為775.0、401.0 mg/kg，為成縣土壤背景值高限值的32.29、16.71倍，土壤環(huán)境質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)高限值的2.21、1.15倍。Zn元素含量分別為56.1、53.6mg/kg，為成縣土壤背景值高限值的0.67、0.64倍，土壤環(huán)境質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)高限值的0.19、0.18倍，均低于成縣土壤背景值高限值和土壤環(huán)境質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)高限值。Cu元素含量分別為49.1、33.4mg/kg，為成縣土壤背景值高限值的1.69、1.15倍，土壤環(huán)境質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)高限值的0.49、0.33倍，未超出土壤環(huán)境質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。As元素含量分別為28.5、3.46mg/kg，為成縣土壤背景值高限值的1.90、0.23倍，土壤環(huán)境質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)高限值的1.14、0.14倍。

堆渣土壤0～20、20～50 cm土層中，重金屬元素Pb的含量分別為562.0、284.0mg/kg，為成縣土壤背景值高限值的23.42、11.83倍，土壤環(huán)境質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)高限值的1.61、0.81倍。Zn元素含量分別為52.9、26.0mg/kg，為成縣土壤背景值高限值的0.63、0.31倍，土壤環(huán)境質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)高限值的0.18、0.09倍，均低于成縣土壤背景值和土壤環(huán)境質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的高限值。Cu元素含量分別為64.4、14.9mg/kg，為成縣土壤背景值高限值的2.22、0.51倍，土壤環(huán)境質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)高限值的0.64、0.15倍，未超出土壤環(huán)境質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的高限值。As元素含量分別為13.3、7.4mg/kg，為成縣土壤背景值高限值的0.89、0.49倍，土壤環(huán)境質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)高限值的0.53、0.30倍，均低于成縣土壤背景值高限和土壤環(huán)境質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的高限值。

礦尾渣樣品中含重金屬元素Pb 840.0mg/kg、Zn 59.1mg/kg、Cu 53.7mg/kg、As 57.4mg/kg。除Zn、Cu含量較低外，Pb、As分別是成縣土壤背景值高限的35.00、3.83倍，土壤環(huán)境質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的2.40、2.30倍?？梢姡瑹o論是潰壩土壤、堆渣土壤還是礦尾渣，其重金屬元素Pb和As含量都相對(duì)較高，表明污染土壤的主要污染物是Pb元素，其次是As元素，Cu、Zn元素對(duì)土壤基本無污染。

表2 甘肅省、成縣土壤元素環(huán)境背景值①

表3 土壤污染分級(jí)指標(biāo)

表4 不同土壤類型重金屬元素監(jiān)測(cè)結(jié)果

表5 污染土壤重金屬評(píng)價(jià)結(jié)果

2.2 評(píng)價(jià)

從表5可以看出，不同土壤類型的0～20 cm土層中，潰壩土壤的重金屬元素Pb、Zn、As的含量均高于堆渣土壤，但Cu低于堆渣土壤；綜合污染指數(shù)潰壩土壤為1.72，堆渣土壤為1.25，潰壩土壤高于堆渣土壤0.47百分點(diǎn)；污染程度均表現(xiàn)輕度污染。20～50 cm土層中，潰壩土壤重金屬元素Pb、Zn、Cu、As的含量均高于堆渣土壤；綜合污染指數(shù)潰壩土壤為0.87，堆渣土壤為0.62，潰壩土壤高于堆渣土壤0.25百分點(diǎn)；污染程度潰壩土壤達(dá)警戒級(jí)，堆渣土壤為安全級(jí)，表明0～20 cm的土層土壤污染程度高于20～50 cm的土層土壤，即表層土污染大于心土層。單項(xiàng)污染指數(shù)中，潰壩土壤0～20 cm土層Pb元素的污染指數(shù)為2.21，屬中度污染；As元素的污染指數(shù)為1.14，屬輕度污染；20～50 cm土層Pb元素的污染指數(shù)為1.15，屬輕度污染；As元素的污染指數(shù)為0.14，屬清潔級(jí)。堆渣土壤0～20 cm土層Pb元素的污染指數(shù)為1.60，屬輕度污染；As元素的污染指數(shù)為0.53，屬清潔級(jí)；20～50 cm土層Pb元素的污染指數(shù)為0.81，屬尚清潔級(jí)；As元素的污染指數(shù)為0.30，屬清潔級(jí)。重金屬Zn、Cu元素在兩類土壤中均未出現(xiàn)超標(biāo)現(xiàn)象，污染指數(shù)均屬清潔或尚清潔級(jí)。

采用成縣土壤背景值作為環(huán)境評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，潰壩土壤和堆渣土壤重金屬元素含量除Zn元素和A s元素含量未超標(biāo)外，其余金屬元素含量均超標(biāo)。其中Pb元素含量偏高幅度較大，潰壩和堆渣土壤0～20 cm土層中Pb元素單項(xiàng)污染指數(shù)分別達(dá)到32.3、23.4；20～50 cm土層分別達(dá)到16.7、11.8，均為嚴(yán)重污染程度；除Zn元素和心土層土壤中的As元素未污染外，其它單項(xiàng)污染指數(shù)均達(dá)到輕度或中度污染。潰壩土壤和堆渣土壤0～20 cm土層綜合污染指數(shù)分別為23.7、17.2，20～50 cm土層綜合污染指數(shù)分別為12.3、8.7，均達(dá)到重污染程度。表明土壤重金屬特別是Pb元素污染對(duì)土壤生態(tài)環(huán)境威脅很大。

3 小結(jié)與討論

1）評(píng)價(jià)結(jié)果表明，成縣黃渚礦區(qū)鉛鋅礦尾礦庫(kù)因潰壩或尾渣堆積對(duì)周邊土壤造成不同程度的污染，潰壩對(duì)周邊土壤造成的污染大于礦尾渣堆積對(duì)周邊土壤的污染。從綜合污染指數(shù)來看，研究區(qū)兩類土壤0～20 cm土層污染程度均為輕度污染，潰壩土壤20～50 cm土層污染程度為警戒級(jí)，堆渣土壤污染程度為安全級(jí)。從單項(xiàng)污染指數(shù)來看，潰壩土壤0～20 cm土層Pb元素污染程度屬中度污染，As屬輕度污染，堆積土壤0～20 cm土層重金屬Pb屬輕度污染；Zn、Cu元素未造成污染。潰壩土壤0～20 cm土層土壤的污染指數(shù)為Pb＞As＞Cu＞Zn，20～50 cm土層土壤的污染指數(shù)為Pb＞Cu＞Zn＞As；堆渣土壤0～20 cm土層土壤的污染指數(shù)為Pb＞Cu＞As＞Zn，20～50 cm土層土壤的污染指數(shù)為Pb＞As＞Cu＞Zn；礦尾渣樣品污染指數(shù)為Pb＞Zn＞As＞Cu，總體對(duì)生態(tài)危害程度不高。

2）造成污染的主要原因是采礦碎石和尾砂漏天堆放，在雨水淋洗的作用下，重金屬進(jìn)入堆放物—土界面及至土壤耕作層，導(dǎo)致了土壤重金屬污染。潤(rùn)鋒公司鉛鋅選礦廠尾礦庫(kù)和百昌公司鉛鋅選礦廠單子溝尾礦庫(kù)由于潰壩致使礦渣下瀉覆蓋，造成了更大范圍的土壤污染，而在遠(yuǎn)離尾礦庫(kù)的土壤直接影響比較微弱，可采用工程措施進(jìn)行初步治理?？赏ㄟ^清理淤積礦渣、疏通行洪溝、對(duì)壩下污染土壤清淤后采取換土和覆土等措施恢復(fù)為耕地，或通過種草種樹，在庫(kù)面和壩坡按標(biāo)準(zhǔn)削坡覆土，以減緩對(duì)周邊土壤的進(jìn)一步污染。

［1］ 中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn).GB15618-1995土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)［S］.中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，1996.

［2］ 連 兵.《甘肅省土壤環(huán)境背景值調(diào)查研究》全程序質(zhì)量保證體系［J］.甘肅環(huán)境研究與監(jiān)測(cè)，1993，6（3）：26-32.

［3］ 王生樸，連 兵.甘肅省土壤環(huán)境背景值特征及其分布規(guī)律［J］. 甘肅環(huán)境研究與監(jiān)測(cè)，1993，6（3）：3-6.

［4］ 傅克文.農(nóng)業(yè)環(huán)境的化學(xué)污染［M］.北京：農(nóng)業(yè)出版社，1985：105-109.

［5］ 呂青松，蔣煜峰，楊 帆，等.重金屬污染淋洗技術(shù)研究進(jìn)展［J］. 甘肅農(nóng)業(yè)科技，2010（3）：35-39.